淺談鋁型材的電泳塗裝（zhuāng）工藝特點及其應（yīng）用

     我國鋁型材業經過20年（nián）的發展，已形成一（yī）個完整的工業體係，成為國民（mín）經濟的支柱產業之一。原鋁產量已達到250萬噸以上，占世界第三位，擁有鋁加工企業1000多家，生產能力已達（dá）到350萬噸/年，鋁型材產量已達（dá）100萬噸/年。目前已進入高檔發展時期，鋁型材的表麵處理技術發展迅速，由單一的古銅料發展到擁有粉末塗裝、噴塗（tú）氟碳塗料（liào）、有機和無機染色、電泳塗裝、機械和化學（xué）拋光等工藝手段，新一代的木紋化處理技術，三段電解多色著色以及微弧氧化著色技術（shù）也在試產（chǎn）中（zhōng），鋁型材的外觀有鈦（tài）金、金（jīn）黃、香檳、仿不鏽鋼及各種色彩，還（hái）有顯示鏡麵、沙石、亞光、珠光等特（tè）殊效果的。在眾多的表麵處（chù）理技術中，電泳塗裝是最具發（fā）展方向的適用技術。鋁型材經陽極化和電（diàn）解著色（sè）後再進行（háng）電泳塗裝，有雙（shuāng）層保（bǎo）護。具有高透（tòu）明，高度金屬質感，高耐蝕及高（gāo）耐（nài）候性，比噴漆（qī）、粉末噴塗更具裝（zhuāng）飾性，深（shēn）受用戶喜（xǐ）愛（ài），已廣泛進（jìn）入家庭裝修，潛在市（shì）場極大。其二，工（gōng）藝容易實施（shī），隻要（yào）在原生產（chǎn）線上增加（jiā）幾個槽與鋁氧化著色（sè）形成流水（shuǐ）線生產，水溶性電泳塗裝安全，可以實現閉（bì）路循環，有利於環保。其三，更重要的是電泳型材更具魅力（lì），是高檔、豪華型材的典範。擁有電泳塗裝（zhuāng）線成為鋁型材廠綜合技術水平的重要標誌。

    2.4.2鋁型材的電泳塗裝

    2.4.2.1電泳塗裝的特點

    自20世紀30年代電泳塗料在福特汽車（chē）公司車輪塗裝線上使用以來，其應用得到了飛速發展。透明的、具（jù）耐（nài）候性的丙烯酸類和聚（jù）氨酯（zhǐ）類電（diàn）泳塗料自70年代開始已成功用於金屬表麵的裝（zhuāng）飾和保護，如銅字招牌保護，不鏽（xiù）鋼及電鍍（dù）製品的裝（zhuāng）飾和保護，作為（wéi）最終保護（hù）裝飾層的最具（jù）代表性的就是建築鋁型材的電（diàn）泳塗裝。

    鋁材型材傳統的表麵處理工藝是氧化（huà）、著色及封閉處理，這種鋁材（cái）的轉化膜在戶外長期使用（yòng）時，特別是在酸雨或海洋環（huán）境中時（shí），容易腐蝕，耐（nài）久（jiǔ）性差，因此自70年代開始，人們嚐（cháng）試用塗料塗裝的方法來提高建築用鋁型材的裝飾（shì）性能及使用年限，目前，已工（gōng）業化成功使用（yòng）的有電泳塗漆、粉（fěn）末塗裝和氟（fú）碳噴塗。由於電泳塗（tú）料是水性塗料，鋁（lǚ）材經前處（chù）理水（shuǐ）洗後可直接電泳，電泳塗層透明度高，既具有高裝飾性（xìng）又可突出鋁型材本身的金屬光澤，因此在建築鋁型（xíng）材上已越來越多地使用電泳塗裝。

    電泳塗裝法和其它（tā）塗裝（zhuāng）方法相比有以下優點：

    ⑴易實現自動化生產。由於電泳塗裝（zhuāng）在水性電泳槽中進行，與陽極氧化、電解著色工藝類（lèi）似，處理時間短，容易實現整個工藝的流水線作業。

    ⑵塗膜（mó）均（jun1）勻致密。由於（yú）電泳塗料的高泳透力，可使複雜形（xíng）狀的型材亦獲得（dé）均（jun1）勻的塗膜，同（tóng）時通過調整電量可控製膜厚。

    ⑶塗料的利用率高。由於粘度低，工件帶出較少，而且（qiě）電泳工件可用水洗，回收裝置的利用使電（diàn）泳塗裝的塗料利用率高達95%以上。

    ⑷安全性和環（huán）保性。由於電泳塗料的水稀釋（shì），固體份低，溶劑含量少是環保型塗料，且免除了（le）火災的危（wēi）險，工人健（jiàn）康也有保障。

⑸塗膜（mó）質量好。丙烯酸樹（shù）脂用氨基樹脂固化，保證了塗膜的高裝飾（shì）及高耐腐蝕（shí）性（xìng），同時由於樹脂高度透明，有（yǒu）效地突出了（le）金屬質感，根據需要還可得到亞（yà）光、沙麵、珠光等裝飾效果。

 ⑹和通常的電解著（zhe）色（sè）封孔工藝相比，具有省時，節省人力（lì）的特點，電泳塗膜無需封孔，避免了（le）由於封孔不好帶來（lái）的（de）裂紋等毛病（bìng）。

    ⑺可自由控製塗膜的厚度，國（guó）內（nèi）外通常控製7μm和12μm兩檔。

    ⑻由於電泳（yǒng）層（céng）透明光亮，因此要求鋁鑄錠質量高，擠壓材表麵平滑，機械缺陷少，對（duì）氧化著（zhe）色工藝要求管理嚴（yán）格，因為任何微小的缺陷和沾汙都會在（zài）透明漆下暴露無遺。

    ⑼對（duì）電泳工藝管理要求高，以提（tí）高成品率。

    2.4.2.2電泳塗裝的原理

    以陽極電（diàn）泳為例，圖2-4-1說明了陽極電泳的過程，此時（shí）工件為鋁型材（cái）作陽極。

    塗料狀態（乳化狀態）：含羧基的丙烯酸樹脂（zhī），中和劑為（wéi）氫氧化（huà）鉀，或有機胺，固化劑為三聚氰（qíng）胺（àn）甲醛樹脂。

    pH值：7.8～8.5之間。

    電沉積：在pH值下降時析出

    電極反應：陽極（鋁型材）

    2H2O→4H++4e-+O2↑

    R－COO-+H+→R－COOH

    水溶性水不溶（róng）(塗膜)

    Me→Men++ne-

    RCOO-+Men+→(R－COO)nMe(析出)

    陰極(極板)

    2H2O+2e→2OH-+H2↑

    電泳時在工件表麵塗膜沉積，陽極有氧氣產生，可以促進成膜，但氧氣產生過多會造成塗膜外觀光亮度差，因此電泳過程中要對電導（dǎo）率進行控製，另（lìng）外要控製液的pH值，它與（yǔ）塗膜的沉積密切（qiē）相關，陽極電泳時有金屬離子溶出，它參與成膜，鋁型材電（diàn）泳時的金屬離子溶出和鋼鐵件不同，對顏色的影響甚（shèn）微。

    2.4.2.3鋁型材用陽極電泳塗料的特性

    2.4.2.3.1陽（yáng）極電泳塗料的品（pǐn）種

    由於（yú）丙烯酸樹脂具有優異的耐候性，耐磨性；樹（shù）脂無色透明，可通（tōng）過配方調節塗料性能，具有優異的裝飾性和性能可調性，且這類樹脂主鏈由碳-碳鍵組（zǔ）成，抗化學性高，配成堿性的大量含水的（de）電泳漆也不會分解，具有良好的穩定性，因此丙烯酸類型的陽極電泳塗料占據了鋁型材電泳塗料的（de）主流。

    目前還有一類（lèi）為有色的（de）聚氨（ān）酯電泳漆，性能較（jiào）好，工藝簡單，因為采用有色聚氨酯（zhǐ）電泳漆，則可取消陽極氧化、著色、封閉工（gōng）藝。有（yǒu）利於節約成本。此外為滿（mǎn）足各種產品的不同需求，功能性的抗菌、絕緣、自潤滑電泳塗（tú）料，及裝飾性的（de）亞光、消光、珠（zhū）光（guāng）電泳塗（tú）料也已經得到應用。

    2.4.2.3.2電泳塗料的製造

    陽極電泳塗（tú）料（liào）是指將鋁型材工件（jiàn）作為陽極，故陽（yáng）極電（diàn）泳塗料是陰離子型樹脂，最（zuì）常用的是（shì）水可稀釋的帶羧基的丙烯（xī）酸樹（shù）脂，用三聚氨胺甲醛（quán）樹脂（zhī）作為交聯劑（jì）固化，引入丙烯酸單體越多，則樹脂水溶性越好。如配方：

其中MMA為甲基丙烯（xī）酸（suān）甲酯是硬單體，聚合（hé）物的主體；BA是丙烯酸丁（dīng）酯，是軟單體，用來調節玻（bō）璃化溫度，提供鏈的柔性；HEMA是甲基丙（bǐng）烯酸β-羥乙酯，它（tā）提供自由的羥基，與氨基樹脂起交聯反應，同時還（hái）增強（qiáng）樹脂的親水性，AA是丙烯酸提供羧基，基含量越高，親水性愈好，一般電泳塗料中用5%～10%，聚合（hé）在共溶劑丙二醇丁醚中（zhōng）進行，濃度為70%左右，引發劑可用過氧化苯甲（jiǎ）酯（zhǐ）（BPO），但以（yǐ）偶氧二異丁腈為好。反應（yīng）溫度為（wéi）100℃左右，聚（jù）合完成後，用二甲基乙醇胺（àn）中和，然後用（yòng）水稀釋，固體含量一般為60%左右，pH值為7.5～8.5，在水性塗料中要用到溶劑，有時稱共溶劑，多為親水性醇類，如（rú）丙醇、丁醇、乙（yǐ）二醇(或丙（bǐng）二醇)的單醚，主要依據揮（huī）發性能、毒性（xìng）、價格來選擇，中和劑作用在於中和丙烯酸樹脂（zhī）鏈上的羧基，保護樹脂（zhī）水溶性，多為有機胺或氫氧化鈉，用有機胺，如三乙胺，二甲基乙醇胺，特別是三（sān）級胺有益於樹（shù）脂穩定。

    2.4.3電泳（yǒng）的工藝及設備

    2.4.3.1電泳的工藝流程

    以陽極電泳為例，通常按如（rú）下工藝進行

    脫脂→水洗→水洗→中和（hé）→水洗→陽極氧（yǎng）化→水洗→電解（jiě）著色→熱水洗→水洗→電（diàn）泳→水洗→幹燥

    2.4.3.2電（diàn）泳的工藝（yì）條件

    ⑴電泳槽液的條件

    固體份：7%～9%

    溫度：20～25℃

    pH：8.0～8.8

    電阻率/Ω·cm(20℃)：1500～2500

    ⑵電泳的（de）工藝參數

    電（diàn）壓：80～250V(DC)

    電泳時間（jiān）：1～3min

    電流（liú）密度（dù）：15～50A/㎡

    具體工藝規範依產品的要求進行。

    塗膜厚度：7～12μm

    2.4.3.3鋁型材電泳工藝所需設備

    ⑴電泳槽。鋁型材電泳槽多設計為長方形矩形槽（cáo），基內部大小取（qǔ）決於裝（zhuāng）掛（guà）吊的尺寸，槽體用4～6mm，鋼板內襯用聚丙烯或環氧玻璃鋼，需設置溢流槽。

    ⑵電源。直流（liú）要求0～250A任意可調，電（diàn）流大小根據50A/㎡計算，約2000A/槽。電源的波紋因素一定（dìng）要小於6%，其值愈大，電泳塗膜產生孔隙的幾率愈大。

    ⑶電極。在陽極（jí）電泳時，鋁型材作為陽極，陰極板采用（yòng）不鏽鋼板或鋁板，陰極麵積為工（gōng）件總麵積的1倍。板隔膜采用聚丙烯纖維布。

    ⑷熱交換係統（tǒng）。可保證槽液溫度穩定。

⑸預配槽及自動添加係統。預配（pèi）槽可完成電泳（yǒng）槽液的配製，以保證達到正常參（cān）數；自動添加（jiā）係統，可保（bǎo）證補（bǔ）充每（měi）槽鋁型材所消耗的電泳漆的（de）量，保（bǎo）證電泳槽固（gù）體份在（zài）工藝範圍之內，以確保膜厚的均一。

    ⑹離（lí）子交換處理（IR）係統。陽極電泳時，陰極pH值會不斷增加，采用離子交換樹脂係統可去除槽液（yè）中的（de）雜質，陰、陽離子使（shǐ）槽液（yè）pH值穩（wěn）定，若再（zài）加上反滲透裝置（RO）則可實現閉路係（xì）統。

    表2-4-2RO透（tòu）過液的組成（chéng）

    由於經過RO後的水幾近純水，可以（yǐ）直接用來清洗，故可實現閉路水洗係統，有利於環境保護。

    2.4.4小結

     我國（guó）目前（qián）已有多（duō）家鋁型材廠擁有電泳生產線（xiàn），為了（le）更好地發展電泳塗裝技術，占有更多地市場份額，我們認（rèn）為應從幾方麵努力：⑴開發新的（de）應用領域，如機械、航空、汽車構件、家電、浴室、廚具等；⑵提高鋁型材加工技術，提高電泳型材的合格率；⑶提高電泳塗料品質（zhì），擴（kuò）大電泳塗料品種，提高國產化率；⑷提高電泳塗裝的管理水平。

綜上所述，我國的鋁型材電泳塗裝技術正（zhèng）進入一個新的（de）發展時期，由於（yú）電泳型材的高品質，必將在我（wǒ）國有一個更加迅速的發（fā）展。